Published 2016 | Version v1
Journal article

Dielectric Engineering of Nanostructured Layers to Control the Transport of Injected Charges in Thin Dielectrics

Others:
Sciences et Ingénierie des Plasmas Réactifs et des Arcs (LAPLACE-ScIPRA) ; LAboratoire PLasma et Conversion d'Energie (LAPLACE) ; Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3) ; Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP) ; Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3) ; Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP) ; Université de Toulouse (UT)
Diélectriques Solides et Fiabilité (LAPLACE-DSF) ; LAboratoire PLasma et Conversion d'Energie (LAPLACE) ; Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3) ; Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP) ; Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3) ; Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP) ; Université de Toulouse (UT)
Nano-Optique et Nanomatériaux pour l'optique (CEMES-NeO) ; Centre d'élaboration de matériaux et d'études structurales (CEMES) ; Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse) ; Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT) ; Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3) ; Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie - CNRS Chimie (INC-CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP) ; Université de Toulouse (UT)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3) ; Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie - CNRS Chimie (INC-CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP) ; Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse) ; Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT) ; Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3) ; Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie - CNRS Chimie (INC-CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP) ; Université de Toulouse (UT)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3) ; Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie - CNRS Chimie (INC-CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP) ; Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)

Description

A new concept concerning dielectric engineering is presented in this study aiming at a net improvement of the performance of dielectric layers in RF MEMS capacitive switches with electrostatic actuation and an increase of their reliability. Instead of synthesis of new dielectric materials, we have developed a new class of dielectric layers that gain their performance from design rather than from composition. Two kinds of nanostructured dielectrics are presented. They consist of 1) silicon oxynitride layers (SiOxNy:H) with gradual variation of their properties (discrete or continuous) and 2) organosilicon (SiOxCy:H) and/or silica (SiO 2) layers with tailored interfaces; a single layer of silver nanoparticles (AgNPs) is embedded in the vicinity of the dielectric free surface. The nanostructured dielectric layers were deposited in a plasma process. They were structurally characterized and tested under electrical stress and environmental conditions typical for RF MEMS operation. The charge injection and decay dynamics were probed by Kelvin force microscopy. Modulation of the conductive properties of the nanostructured layers over seven orders of magnitude is achieved. Compared to dielectric monolayers, the nanostructured ones exhibit much shorter charge retention times. They appear to be promising candidates for implementation in RF MEMS capacitive switches with electrostatic actuation, and more generally for applications where surface charging must be avoided.

Abstract

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Abstract

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Created:
September 2, 2024
Modified:
September 2, 2024